一种EGR装置、EGR系统和柴油发动机的制作方法

本申请涉及柴油机领域，特别是涉及一种EGR装置、EGR系统和柴油发动机。

背景技术：

为了满足更高的排放法规，需要降低发动机的NOX的排放量，通常将发动机燃烧后的一部分废气导入废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR) 装置的吸气侧，EGR装置中的EGR冷却器对吸入的气体进行冷却，在将冷却后的废气返回到发动机气缸内。

目前，主要依据发动机标定点的冷却能力选择EGR冷却器。

但是，在发动机处于中低转速时，经所选EGR冷却器冷却后的EGR气体温度较低，并且EGR率较低。

技术实现要素：

基于此，本申请提出了一种EGR装置，用以提高在发动机处于中低转速下的EGR率，以及保证发动机处于中低转速时EGR冷却器冷却后的温度处于合理范围。

本申请提供的技术方案为：

本申请公开了一种EGR装置，包括：EGR阀、EGR冷却器、位于所述 EGR冷却器中的预设位置并且具有预设形状的第一容器、用于对待冷却EGR 气体进行导流的第二容器，以及EGR单向阀；

所述EGR冷却器中的至少部分冷却管穿过所述第一容器，并且所述第一容器的表面有多个孔；

所述第一容器与脉冲排气管通过第一管道相连；

所述EGR阀位于所述脉冲排气管与所述第一管道连接处；

在发动机转速不大于预设阈值时，所述EGR阀将所述待冷却EGR气体通过所述第一管道输送给所述第一容器；

所述第二容器与所述EGR冷却器中靠近所述EGR阀的一端连接；

所述EGR单向阀用于将冷却后的EGR气体输入所述发动机的气缸。

其中，所述第二容器与所述EGR阀处的脉冲排气管通过第二管道相连；

在所述发动机转速大于所述预设阈值时，所述EGR阀将所述待冷却EGR 气体通过所述第二管道输送给所述第二容器。

其中，所述预设位置到目标侧面间的距离与所述发动机所需EGR率负相关；所述目标侧面为所述EGR冷却器中远离所述EGR阀的侧面。

其中，所述预设形状为水滴状。

其中，所述第一容器的材料为翅片。

其中，所述第一容器的材料为带孔翅片。

其中，所述第二容器与所述EGR冷却器通过焊接的方式连接。

其中，所述第二容器与所述EGR冷却器通过卡槽方式连接。

本申请还公开了一种EGR系统，包括：两个EGR装置；

所述任意一个所述EGR装置如上述任意一个EGR装置；

所述两个EGR装置中的两个EGR单向阀通过第三管道相连；

所述第三管道与发动机的气缸通过第四管道相连。

本申请还公开了一种柴油发动机，包括：两路脉冲排气管、EGR系统和气缸；

所述EGR系统为上述的EGR系统；

所述EGR系统中一个EGR装置从一个脉冲排气管吸收待冷却EGR气体。

本申请的有益效果为：

在本申请提出的EGR装置包括：EGR阀、EGR冷却器、位于EGR冷却器中的预设位置并且具有预设形状的第一容器、用于对待冷却EGR气体进行导流的第二容器，以及EGR单向阀；EGR冷却器中的至少部分冷却管穿过第一容器，并且第一容器的表面有多个孔；第一容器与脉冲排气管通过第一管道相连；EGR阀位于脉冲排气管与第一管道连接处，EGR阀在发动机的转速不大于预设阈值时，即发动机处于中低转速；此时，EGR阀将待冷却EGR 气体输送给第一容器，由于第一容器位于EGR冷却器中的预设位置，此时，待冷却EGR气体只流经了部分EGR冷却器，进而，使得待冷却EGR气体流经冷却器的容积减小，进而增大EGR率，并且使得冷却后的EGR气体的温度处于合理范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请中一种EGR装置示意图；

图2(a)为本申请中EGR率随EGR冷却器体积变化的仿真示意图；

图2(b)为本申请中不同EGR冷却器容积下，EGR取气利用排气脉冲的效果示意图；

图3为本申请中又一种EGR装置示意图；

图4为本申请中一种EGR系统示意图；

图5为一种EGR系统在柴油机中的分布示意图；

图6为本申请中一种柴油机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

泵气损失：与理论循环相比，发动机的活塞在泵气过程所造成的功的损失。

EGR：废气再循环，通过将燃烧后一部分排气导入吸气侧使其再度吸气的技术，其主要目的为降低发动机的NOx排放量。

EGR冷却器：对部分返回到发动机气缸内的废气进行冷却的装置。

为了满足更高的排放法规，目前主流的重型柴油机企业大多选择了高压 EGR(简称HP-EGR)-EGR这一技术路线，EGR的加入可以大幅降低NOx排放，相关材料显示，当EGR率为15％时，NOx排放可以减少50％以上；而EGR率提高至25％时，NOx排放可以减少80％以上。HP-EGR率的提高就是充分利用排气脉冲，已有提升EGR率的方式往往会造成泵气损失增加，从而不利于发动机经济性的优化。

目前EGR冷却器的选择主要根据发动机标定点的冷却能力来进行评估，以标定点边界选择的EGR冷却器往往会使得常用工况点的EGR冷后温度偏低。当排温低于酸露点时，废气中会形成硫酸结露腐蚀EGR冷却器，使EGR 冷却器冷却能力及可靠性减低。本申请发明人在研究中发现，在发动机中低转速工况减小EGR冷却器容积，能够更好的利用排气脉冲能量，从而有利于 EGR率的提高。

基于此，本申请提出了一种EGR装置，如图1所示。在图1中的EGR装置包括：EGR阀101、EGR冷却器102、位于所述EGR冷却器102中的预设位置并且具有预设形状的第一容器103、用于对待冷却EGR气体进行导流的第二容器 104，以及EGR单向阀105。

其中，EGR冷却器102中的至少部分冷却管穿过第一容器103，并且第一容器103的表面有多个孔；第一容器103与脉冲排气管通过第一管道相连；所述EGR阀101位于脉冲排气管与第一管道连接处；在发动机转速不大于预设阈值时，EGR阀101将来自脉冲排气管的待冷却EGR气体通过第一管道输送给第一容器103；第二容器104与EGR冷却器102中靠近EGR阀101的一端连接，具体连接方式可以焊接，也可以为卡槽；EGR单向阀105用于将冷却后的EGR气体输入发动机的气缸。

在实际应用中，第一容器103位于EGR冷却器102中的位置与发动机的运行工况所需EGR率相关，保证中低转速工况达到所需EGR率；具体的，第一容器103到EGR冷却器102的目标侧面的距离与发送机所需EGR率成负相关，其中，EGR冷却器102的目标侧面为EGR冷却器102中远离EGR阀101的侧面。并且，第二容器104与第一容器103位置间的具体关系为以保证中高转速工况EGR气体冷却后温度所需的EGR冷却器容积。,在本实施例中，为了更好的使待冷却EGR气体从第一容器103中流动到EGR冷却器，将第一容器103的形状设置为水滴状。并且，第一容器103的表面上存在多个小孔。在实际应用中，制作第一容器103的材料可以为翅片。在实际应用中，第一容器103的大小可以根据实际情况来确定，本实施例不对第一容器103的体积作限定。

通过本实施例，得到如下图2(a)和图2(b)的仿真结果示意图，其中，图2(a)为本申请中EGR率随EGR冷却器体积变化的仿真示意图；图2(a) 的横坐标为EGR冷却器的容积，单位为L；纵坐标为EGR率。该图2(a) 反映了随着EGR冷却器容积的减小，实现的EGR率呈现出升高的趋势，主要是由于随着EGR冷却器容积的减小，EGR取气利用排气脉冲的效果更加明显。图2(b)为本申请中不同EGR冷却器容积下，EGR取气利用排气脉冲的效果示意图；其中，图2(b)的横坐标为曲轴转角，纵坐标为压力(bar)，压力最大值较大的曲线表示EGR冷却器容积为1L情况下，压力随曲轴转角的变化曲线；压力最大值较小的曲线表示EGR冷却器的体积为5L的情况下，压力随曲轴转角的变化曲线。该图2(b)反映了随着EGR冷却器容积的减小， EGR取气利用排气脉冲的效果更加明显。

在本申请提出的EGR装置包括：EGR阀、EGR冷却器、位于EGR冷却器中的预设位置并且具有预设形状的第一容器、用于对待冷却EGR气体进行导流的第二容器，以及EGR单向阀；EGR冷却器中的至少部分冷却管穿过第一容器，并且第一容器的表面有多个孔；第一容器与脉冲排气管通过第一管道相连；EGR阀位于脉冲排气管与第一管道连接处，EGR阀在发动机的转速不大于预设阈值时，即发动机处于中低转速；此时，EGR阀将待冷却EGR气体输送给第一容器，由于第一容器位于EGR冷却器中的预设位置，此时，待冷却EGR气体只流经了部分EGR冷却器，进而，使得待冷却EGR气体流经冷却器的容积减小，进而增大EGR率，并且使得冷却后的EGR气体的温度处于合理范围。

在本实施例中，当发动机转速高于预设阈值时，EGR阀101将待冷却EGR 气体通过第一管道输送给第一容器103。当然，在实际应用中，在发动机处于高转速的情况下，还可以通过其他方式对待冷却EGR气体进行冷却，本实施例，不对发动机处于高转速情况下，对待冷却EGR气体的冷却方式作限定。

但是，如果在发动机处于高转速的情况下，EGR阀101将待冷却EGR气体通过第一管道输送给第一容器103；在这种情况下，冷却后的EGR气体的温度较高。为了能够使得在发动机的转速不大于预设阈值时，提高冷却后的EGR 气体的温度，提高EGR率；同时，保证在发动机的转速大于预设阈值时，冷却后的EGR气体的温度处于合理的温度范围。

本申请实施例提供了又一种EGR装置，如图3所示。该EGR装置是图1对应的EGR装置的基础上进行设计的，所包括的部件与图1对应的EGR装置所包括的部件相同。具体包括：EGR阀301、EGR冷却器302、位于所述EGR冷却器302中的预设位置并且具有预设形状的第一容器303、用于对待冷却EGR气体进行导流的第二容器304，以及EGR单向阀305。

为了更清楚的介绍图3对应的EGR装置，本实施例中只介绍与图1对应的 EGR装置不同之处，对于相同之处可以参考图1对应的EGR装置，这里不再赘述。

在该实施例中，将EGR阀301处的脉冲排气管与第二容器304通过第二管道相连。此时，在发动机转速高于预设阈值时，EGR阀301将待冷却EGR气体通过第二管道输送给第二容器304，使得待冷却EGR气体从第二容器304流经 EGR冷却器。由于第二容器304用于对待冷却EGR气体进行导流，使得待冷却 EGR气体可以流经EGR冷却器302的横截面积更大；同时，待冷却EGR气体从第二容器304流经整个EGR冷却器302的长度，进而使得，在发动机转速高于预设阈值时，待冷却EGR气体的温度较高，由于本实施例可以增大待冷却EGR 气体流经EGR冷却器的容积，使得经EGR冷却器冷却后的EGR气体的温度处于合理的温度范围。

图4为本申请提供的一种EGR系统，包括两个EGR装置，每个EGR装置包括：EGR阀401、EGR冷却器402、位于所述EGR冷却器402中的预设位置并且具有预设形状的第一容器403、用于对待冷却EGR气体进行导流的第二容器 404，以及EGR单向阀405。具体的，所包括的两个EGR装置中各部件间的连接关系可以与图1对应的EGR装置相同，也可以与图3对应的EGR装置，具体连接关系这里不再赘述。

需要说明的是，在本实施例的EGR系统中，两个EGR装置中所EGR单向阀通过第三管道连接，并且，第三管道与发动机气缸通过第四管道连接。使得，无论两个EGR装置中的哪个EGR装置输出的冷却点后的EGR气体，都通过第三管道与第四管道的交接处，再通过第四管道流动到发动机气缸。

图5为EGR系统在柴油机中的分布示意图。在该图中包括EGR系统、脉冲排气管、气缸、中冷器、空滤、放气阀增压器和后处理设备。其中，EGR系统都包括EGR阀、EGR冷却器和EGR单向阀；该EGR系统的工作原理包括： EGR系统分别从脉冲排气管两侧取气，每路气体分别经过EGR阀、EGR冷却器和EGR单向阀，冷却后的EGR气体与新鲜空气混合进入气缸内。

图6为本申请提供的一种柴油发动机的结构示意图，该柴油发动机包括 EGR系统601、脉冲排气管602和气缸603。其中，EGR系统601系从脉冲排气管602吸收待冷却EGR气体，并将冷却后的EGR气体输送给气缸603。其中， EGR系统601包括两个EGR装置，并且EGR装置为图3实施例对应的EGR装置。一个EGR装置从一个脉冲排气管吸收待冷却EGR气体，并且，不同EGR装置对应的脉冲排气管不同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在文中的“包括”、“包含”等词语解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。